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1 零件工藝方案確定
1.1沖壓件工藝分析
工件圖為圖.1.1所示彎曲彎曲件,材料黃銅,料厚0.4mm,大批量生產(chǎn)。其工藝性分析內(nèi)容如下:
圖1-1 零件圖
1.1.1材料分析
制件的材料為黃銅,具有很好的沖壓性能。
1.1.2結(jié)構(gòu)分析
該零件的材料厚為0.4±0.025mm,產(chǎn)品外形尺寸為11mm×35mm,大批量生產(chǎn)。該產(chǎn)品形狀較復(fù)雜,需要沖孔、倒角、落料、彎曲等多道工序完成,本設(shè)計采用先落料沖孔復(fù)合,后彎曲的方式進行加工。
制件的材料為黃銅,具有很好的沖壓性能。大致形狀成“L”形彎曲,并帶有沖圓孔、方孔、腰形孔。主要成形方法是:先沖裁、后進行彎曲,考慮到?jīng)_方孔的位置離彎曲的位置比較近,經(jīng)查表計算,確定沖方孔的位置不在其彎曲半徑之內(nèi),故可以先沖方孔,再進行彎曲;該制件標示了未注圓角R0.3mm,有利于凸凹模的設(shè)計和加工,因為尖角的位置易產(chǎn)生應(yīng)力集中;采用分段切除余料方式來設(shè)定工序。
1.1.3精度分析
零件上未標注公差要求,公差尺寸均按IT14選取,所以普通彎曲和沖裁即可滿足零件的精度要求取公差等級為IT12。
1.1.4.工藝分析
該制件的材料是黃銅H62(硬態(tài)),料厚0.4mm,偏薄,但不影響沖壓,切除廢料的時候需要采用“過切”的方式,以免其產(chǎn)生毛刺、尖角,影響制件的精度,凸凹模也不利于加工,所以采用“過切”,而且邊緣設(shè)計成圓角,便于加工;該制件成形形狀為“L”形,在彎曲時有側(cè)向力存在,易產(chǎn)生偏移,制件質(zhì)量的穩(wěn)定性難以保證。
根據(jù)以上分析,該制件的形狀、尺寸、精度、材料均符合級進沖壓工藝要求,可以采用復(fù)合模沖壓方法加工。
1.2工藝方案的確定
完成此工件需要落料、沖孔和彎曲等工序。針對制件的形狀特點,制定出如下三種沖壓工藝方案:
第一種方案:采用落料、沖孔、彎曲單工序模逐步加工。
第二種方案:采用落料、沖孔復(fù)合模,彎曲單工序模逐步加工。
第三種方案:將沖沖孔、落料等工序由一副級進模完成, 另加一副彎90°的彎曲模。
第一步:沖1個Ф3*5mmr的槽孔,1個Ф4mm的圓孔,1個3mm*5mm的方形孔;第二步:落外形。
方案一在生產(chǎn)過程中需要三副模具,在后來工序中一步一步操作需要時間較多,且三副模具制作也不方便。方案二:該方案經(jīng)計算可沖孔落料復(fù)合完成,且不會致使彎曲過程中孔變形、生產(chǎn)效率高,且易于操作。方案三模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。比較上述三種工藝方案,方案二最佳,故本次設(shè)計采用此方案。
1.3排樣設(shè)計
對零件圖的分析和計算,繪制出零件的展開圖如圖2-6 所示。
圖1-2 制件展開圖
工序、工步的設(shè)計涉及多方面的技術(shù)問題,這里需要考慮的主要問題有:選擇毛坯的排樣方式;沖裁的工藝性分析;定位方式的選擇;凹模的選擇;卸料板的設(shè)計等。
(1)采用一次除方法。
從展開的零件圖上可以以看出,沖切的部分可以一次完成,如果分幾部分沖出,則制件的精度也很難保證,因此宜采取一次性切除沖切余料的方法。
(2)條料的送進方式和定位方法。
由于該產(chǎn)品的需求量很大,采用人工送料提高不了生產(chǎn)效率,故采用帶自動送料機構(gòu)的裝置來滿足生產(chǎn)需求;利用自動送料機進行粗定位,導(dǎo)正銷作為精定位。
(3)步距的確定。
根據(jù)步距計算法,送料步距應(yīng)該等于中間的長度和搭邊寬度之和。根據(jù)制件的材料和厚度取搭邊值為兩邊搭邊值為1mm ,中間搭邊值為0.5mm ,因此,送料的步距定為11.5mm 。
(4)工序的排布順序。
采用單排多工位復(fù)合模,落料、沖孔在第一副模具中完成,彎曲在第二副模具中完成。
采用單排樣可以降低模具的復(fù)雜程度、便于操作與維護、保證制件的精度,在同一副模具中能夠完成自動沖壓、自故障動報警、自動停機等自動化無人生產(chǎn),有利于現(xiàn)場管理,保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性,提高加工效率。模具采用優(yōu)質(zhì)的合金工具鋼材料制造,設(shè)計正常情況下可達到300 萬次的壽命,最終可降低單個產(chǎn)品的成本、保證質(zhì)量,使產(chǎn)品具有良好的市場競爭力。
圖1-3 排樣圖
2 零件工藝計算
2.1.彎曲工藝計算
2.1.1毛坯尺寸計算
零件展開圖為
圖2-1 彎曲零件圖
對于有圓角半徑的彎曲件,由于變薄不嚴重,按中性層展開的原理,所以坯料展開長度為L=24+11=35
由于零件寬度尺寸為11mm,故毛坯尺寸應(yīng)為35mm×11mm。
2.1.2彎曲力計算
彎曲力是設(shè)計彎曲模和選擇壓力機的重要依據(jù)。該零件是校正彎曲,校正彎時的彎曲力和頂件力為:
對于校正彎曲,由于校正彎曲力比頂件力大得多,故一般可以忽略,即
≥
≥19.07KN,根據(jù)壓彎力大小,初選設(shè)備為JB04—2
2.1.3初選壓力機
根據(jù)彎曲力的大小,選取壓力機JB04—2,其主要技術(shù)參數(shù)如下:
公稱壓力:20kN
滑塊行程:40mm
最大閉合高度:162 mm
閉合高度調(diào)節(jié)量:40 mm
工作臺尺寸:326 mm×326 mm
模柄孔直徑:22mm
滑塊行程次數(shù):220/min
2.2沖孔落料復(fù)合模工藝計算
間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等都有很大的影響。但很難找到一個固定的間隙值能同時滿足沖裁件質(zhì)量最佳、沖模壽命最長,沖裁力、最小等各方面的要求。因此,在沖壓實際生產(chǎn)中,主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命這三個因素綜合考慮,給間隙規(guī)定一個范圍值,只要間隙在這個范圍內(nèi),就能得到質(zhì)量合格的沖裁件和較長的模具壽命。這個間隙范圍就稱為合理間隙,這個范圍的最小值稱為最小合理間隙(Zmin),最大值稱為最大合理間隙(Zmax)。
根據(jù)?模具設(shè)計與制造簡明手冊?附表1,查得:沖裁模初始雙面間隙值
設(shè)計落料模時先確定凹模刃口尺寸,以凹模為基準,間隙取在凸模上,即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。設(shè)計沖孔模時先確定凸模刃口尺寸,以凸模為基準,間隙取在凹模上,沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。
考慮刃口的磨損對沖裁件尺寸的影響;刃口磨損后尺寸變大,其刃口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖裁件的最小極限尺寸;刃口磨損后尺寸減小,應(yīng)取接近或等于沖裁件的最大極限尺寸。
不管是落料還是沖孔,沖裁間隙值一般選用最小合理間隙值Zmin。
考慮沖裁件精度與模具精度間的關(guān)系,在選擇模具制造公差時,既要保證沖裁件的精度要求,又要保證有合理的間隙值,一般沖模精度較沖裁件精度高2~3級。沖裁件的經(jīng)濟精度一般不高于IT11級,故沖模精度取IT14級。
凸、凹模加工時工作部分尺寸的計算
圓孔:
方孔:
腰型孔:
2.3落料沖孔復(fù)合模沖裁力
2.3.1沖裁力
查閱《中國模具設(shè)計大典》,由沖裁力計算公式F=Lt可計算出總沖裁力:
=62kN。
2.3.2 卸料力
查閱《中國模具設(shè)計大典》,卸料力Fx=Kx×F
黃銅Kx取0.04。
Fx=0.06×62000=3720N
壓力機標稱壓力的確定
P≥(1.1~1.3)F∑
F∑=F+Fx+Ft=62000+2480+3720=68200N
P≥(1.1~1.3)F∑=88.6KN
所以=88.6kN。
2.3.3初選設(shè)備
根據(jù)沖裁力的大小,選取開式雙柱可傾臺壓力機J23—10,其主要技術(shù)參數(shù)如下:
公稱壓力:100N
滑塊行程:45mm
最大閉合高度:180mm
閉合高度調(diào)節(jié)量:35mm
滑塊中心線到床身距離:130mm
工作臺尺寸:180 mm×240mm
工作臺孔尺寸:φ170mm
模柄孔尺寸:φ30 mm×50mm
墊板厚度35 mm
2.4壓力中心計算
沖壓力合力的中心即是壓力中心。為了保證壓力機和模具正常平穩(wěn)地工作,必須使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心重合,否則,沖裁過程中壓力機滑塊和沖模將承受偏心載荷,使滑塊導(dǎo)軌和沖模導(dǎo)向部分產(chǎn)生不正常的磨損,合理的間隙得不到保證,刃口迅速變鈍,從而降低沖件的質(zhì)量和模具壽命甚至損壞壓力機。根據(jù)排樣的設(shè)計本模具的壓力中心采用解析法計算過程如下:根據(jù)《 沖壓模具及設(shè)備》 一書中的計算壓力中心的公式得:
==19.27
=0
3 沖裁模具設(shè)計和設(shè)備選擇
3.1模具總體設(shè)計
3.1.1模具類型的選擇
根據(jù)零件的工藝分析所用的模具為沖孔落料復(fù)合模
3.1.2導(dǎo)向方式的選擇
該模具采用可拆卸、后側(cè)導(dǎo)柱模架精密模架,這樣才能滿足精度的要求
3.1.3定位方式的選擇
因為模具采用的是條料,控制條料的送進反方向的是定位銷,無側(cè)壓裝置。控制條料送進歩距的是擋料銷,手動送料。
3.1.4卸料,出件方式
由零件的厚度0.4mm,采用彈性卸料,沖孔凸模上有推件塊可以將零件打下。
3.2凸.凹模,凸凹模的設(shè)計
3.2.1凹模
根據(jù)模具的結(jié)構(gòu),凹模的的外形尺寸根據(jù)沖裁材料的厚度t=0.4mm和沖裁件的最大外形尺寸b=35mm來確定
凹模厚度 H=kb=35×0.30≈ 13mm (k為板料厚度的影響系數(shù))
凹模壁厚 C=2× 13=26 mm (>30~40) 取32.5mm
所以,凹模的總長,凹模的寬度B=60.
凹模的固定一般采用螺釘和銷釘,如圖
圖3-1 凹模
3.2.2凸模
由于產(chǎn)品的批量較大,為縮短凸模維修、刃磨的周期,凸模全部使用快換結(jié)構(gòu),采用Cr12MoV 材料確保其使用壽命,凸模采用固定板固定,便于維修、刃磨,降低模具的維修成本,提高生產(chǎn)效率。
根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)采用臺階式整體,臺肩固定,凸模與固定板間采用H7/m6配合。
采用彈壓卸料板時,凸模長度按下式計算
L=h1+h2+t+h
式中 L : 凸模長度,;
h1: 凸模固定板,;
h2: 卸料板厚度,;
t : 材料厚度,;
h :增加長度,它包括凸模進入凹模的深度(0.5mm~1mm),凸模的修模量。
經(jīng)計算得凸模長度為27mm。
凸模的強度和剛度校核
凸模承載能力的校核,凸模最小斷面承受的壓力,必須小于凸模材料強度允許的壓力,即=FP/Amin ,對于圓形凸模dmin4t/,式中
——凸模最小斷面的壓應(yīng)力,Mpa ;
FP——凸??v向總壓力,N;
Amin ——凸模最小截面積,;
dmin——凸模最小直徑,mm;
t——材料厚度,mm;
材料抗剪強度,Mpa;
——材料的許用壓應(yīng)力,Mpa;
凸模失穩(wěn)彎曲極限長度
凸模不發(fā)生失穩(wěn)彎曲的最大長度:Lmax 85/,式中
——凸模的沖裁力,;
d——凸模的直徑,mm
3.2.3凸凹模的設(shè)計
由于沖出的零件形狀都比較小,采用鑲拼式結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜,不利于磨具的制造、裝配,降低了生產(chǎn)效率。采用整體式結(jié)構(gòu)則易于加工,便于控制加工精度,維修也比較方便,同時節(jié)省模具生產(chǎn)成本。
該模具的凸凹模的結(jié)構(gòu)如圖4-4所示,;凸凹模的刃磨高度為4mm,當凹模刃磨10mm時,單邊增大到0.022mm,而該模具的凹模單邊最大合理間隙為0.028mm,完全在這范圍之內(nèi);加工時,直接采用慢走絲線切割割斜度,而且還方便了落料。
凸凹模高度根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)取34mm,直臂刃口高度查表為4mm,材料為Cr12MoV,熱處理硬度58-62HRC。
圖3-2為凸凹模,
圖3-2 凸凹模
3.3定位零件
擋料銷根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)采用固定擋料銷裝在凸模上選取直徑,露出部分長度1.5mm,固定擋料銷M37, 導(dǎo)料銷M37,材料45鋼,數(shù)量2個。
3.4導(dǎo)向零件
導(dǎo)柱和導(dǎo)套;材料20鋼,滲碳淬火處理,導(dǎo)柱導(dǎo)套分別壓入下模座和上模座的安裝孔中,分別采用R7/h6和H7/V6過盈配合
3.5卸料與推(頂)件裝置
3.5.1彈頂裝置中彈性元件的計算
由于該零件在成型過程中需卸料和頂件,所以模具采用彈性寫卸料裝置,彈性元件選用橡膠,其尺寸計算如下:
1)考慮模具結(jié)構(gòu)選用4個厚壁的筒形的聚氨酯彈性體。
2)計算每個彈性體的預(yù)壓力F
F=F卸 /4=3.72/4=0.93KN
3)考慮到橡膠的工作壓縮量較小,取預(yù)壓縮率10%,并由表查的單位壓力Fq=1.1MPa
4)計算彈性體的截面積A
A=F/Fq=930/1.1=845.45mm2
5) 選用直徑為6mm卸料螺釘,選取彈性體穿卸料螺釘孔的直徑取6.4mm,則彈性體的外徑D可按下式求得
π(D2-d2)/4=A則D==33mm
6) 取橡膠塊的高度
0.5得16mm
考慮模具結(jié)構(gòu)取H=24mm
3.5.2推件塊
取厚度為8.5mm,外形尺寸與零件的外形相同材料45鋼,淬火硬度43-48HRC
圖3-3 推件塊
3.6連接與固定零件
3.6.1六角螺釘
M650JB/T119.1-2000,數(shù)量4個,材料45鋼
3.6.2圓柱銷
GB/T117-2000 M8 ,材料為45鋼,與上下模座,墊板,凹模,凸模固定板的配合為H7/m6的過渡配合
3.6.3卸料螺釘
卸料螺釘?shù)某叽绺鶕?jù)模具的結(jié)構(gòu)選擇M6*50,數(shù)量4個,材料45鋼,
3.6.4模柄
模具采用旋入式模柄,根據(jù)設(shè)備的模柄孔尺寸,應(yīng)選用規(guī)格為A30×78的模柄。并加銷釘防止轉(zhuǎn)動。由壓力機的型號J23—10,模柄與模柄孔配合為H7/m6并加銷釘防轉(zhuǎn),模柄長度比模柄孔深度小5~10mm
3.6.5標準模架
標準模架的選用依據(jù)為凹模的外形尺寸,LXB=125mmx100mm,模具采用中間導(dǎo)柱模架,根據(jù)以上計算結(jié)果,查得模架規(guī)格為:上模座260mm×140mm×35mm,下模座260mm×140mm×45mm,導(dǎo)柱22mm×130mm,導(dǎo)套22mm×80mm×33mm
3.7其它零部件設(shè)計
3.7.1凸模固定板
凸模固定板的外形尺寸與凹模的外形尺寸一致,根據(jù)核準選取板的規(guī)格為L×B×H=100×60×12;凸模與凸模固定板的配合為H7/m6,裝配可通過2個銷釘定位,4個螺釘與上模座連接固定,各形孔的位置尺寸與凹模的保持一致,頂部與凸模鉚接,因此必須倒角。
圖3-4 凸模固定板
3.7.2卸料板
卸料板的厚度與卸料力大小、模具結(jié)構(gòu)等因素有關(guān),取其值為4mm。
圖3-5 卸料板
3.7.3墊板
墊板的作用是承受并擴散凸模傳遞的壓力,以防止模座被擠壓損傷,因此在與模座接觸面之間加上一塊淬硬磨平的墊板.墊板的外形尺寸與凸模固定板相同,厚度可取20mm,這里設(shè)計時,由于壓力較大,根據(jù)GB2865.2-81選取規(guī)格為L×B×H=100×60×6。
3.8 裝配圖
有了上述各步計算所得的數(shù)據(jù)及確定的工藝方案,便可以對模具進行總體設(shè)計并畫出沖裁裝配圖如圖13所示。
模具閉合高度H模=119.5mm
圖3-6落料模裝配圖
4壓力機的校核
4.1公稱壓力
根據(jù)公稱壓力的選取壓力機型號為J23-10它的壓力為100>86.6,所以壓力得以校核;
4.2滑塊行程
滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=0.4,卸料板的厚度H=4及凸模沖入凹模的最大深度4,即S1=0.4+4+4=8.4
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